目前在月球和火星上使用的探測車都是真正的機械車,有四個輪子滾動行駛。麻省理工學院(MIT)的科學家最近成功地測試了一種新技術,讓探測器像飛碟一樣在空中漂浮移動。

像月球和很多小行星這些天體上沒有大氣的環境,無法像在火星和地球上這樣使用直升機技術讓探測器飛翔,但是這些天體有另外一個類似的特點。於是麻省理工學院的研究人員想到,利用這個特點、用另一種技術也可以實現讓探測器漂浮移動。

介紹這項技術的論文2021年3月31日在線發表於《太空船與火箭學報》(Journal of Spacecraft and Rockets)。最近,研究人員造出一個盤狀的模擬探測器,在實驗室內模擬真空的環境成功地進行了試飛實驗。

MIT在2021年12月21日發布的新聞稿中說,月球和其它小行星上沒有大氣的環境,無法偏轉太陽風,這使得來自太陽風的粒子在這些天體上累積從而產生電場。這類電場的強度足以把這些天體上的塵埃抬升到1米高左右的位置懸浮在空中,類似人們的頭髮在靜電的作用下直立起來的效果。

研究人員想到,如果使用邁拉(Mylar)材料製造探測器,使它帶上和這些天體的地面所帶的同種電荷,利用電荷的相斥力,就可以讓探測器漂浮在空中滑動。然而這種作用力畢竟有限,只能抬升很小的飛行器。特別是天體越大,也就是小行星的體積越大,引力越強,所抵消的這種排斥力越多。

MIT研究組又想到給探測器配備離子推進器作為輔助手段。離子推進器是現在很多衛星上使用的動力引擎。它通過噴射離子束給物體提供推進力。

如何使用這種離子引擎還有兩個小技巧。首先,他們設計讓探測器的離子推進器噴射負電荷,這使得探測器自身帶上正電荷,而月球表面所帶的也是正電荷。這相當於增加了探測器自身的電荷量,從而增加了探測器與地面之間的排斥力。但是,這股排斥力還不足以讓探測器從地面起飛。

工程師給探測器再配備一個離子推進器,這個推進器向地面噴射正離子,相當於給地面增加電荷量。按照他們的計算,這兩部份效果——給探測器自身和地面都增加了電荷之後,在靈神星(Psyche)這樣的小行星環境下,使用10千伏(kilovolt)的離子引擎,探測器和地面之間產生的排斥力足夠把一個2磅重的探測器從地面抬升到離地1米的高度。要在月球的環境下把同樣的探測器抬升到同樣的高度,則需要50千伏的離子引擎。

研究人員認為,使用這種漂浮技術移動的探測車將來登陸靈神星和月球探索都可以有很好的應用,適用於各種地形,具有靈活移動的優勢。主要研究者之一MIT太空動力實驗室的航空學教授保羅·洛薩諾(Paulo Lozano)說:「有了懸浮的探測車,就不用擔心輪子或機械部件(被卡住或撞上障礙物),因為小行星的表面很可能崎嶇不平,只要有這個機制把探測車控制懸浮在空中,就能在各種地形上進行探索,而不用考慮躲閃任何障礙物。」#

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